FR3138518A1 - REPRESENTATIVE DEVICE FOR MEASURING A THERMAL CYCLE OF A PART IN AN INDUSTRIAL HEAT TREATMENT FURNACE - Google Patents
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Abstract
Titre : DISPOSITIF REPRESENTATIF POUR LA MESURE D’UN CYCLE THERMIQUE D’UNE PIÈCE DANS UN FOUR DE TRAITEMENT THERMIQUE INDUSTRIEL Ce dispositif de maintien d’un capteur (1) pour représenter le traitement thermique d’une pièce dans un four de traitement thermique industriel, comprenant un socle (2), un volume de matière (3) représentatif de ladite pièce en volume, en épaisseurs et en matière et adapté pour pouvoir englober un capteur de température à thermocouple, le socle (2) étant adapté pour maintenir ledit volume de matière (3) par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel. Figure pour l’abrégé : [Fig 1]Title: REPRESENTATIVE DEVICE FOR MEASURING A THERMAL CYCLE OF A PART IN AN INDUSTRIAL HEAT TREATMENT FURNACE This device for holding a sensor (1) to represent the heat treatment of a part in an industrial heat treatment oven , comprising a base (2), a volume of material (3) representative of said part in volume, thickness and material and adapted to be able to include a thermocouple temperature sensor, the base (2) being adapted to maintain said volume of material (3) relative to a horizontal surface in the industrial heat treatment oven. Figure for abstract: [Fig 1]
Description
La présente invention concerne les dispositifs permettant le suivi de traitements thermiques réalisés dans des fours industriels et qui permettent une modification des propriétés du matériau traité thermiquement (magnétisme, inoxydabilité…).The present invention relates to devices allowing the monitoring of heat treatments carried out in industrial ovens and which allow a modification of the properties of the heat treated material (magnetism, stainless steel, etc.).
La présente invention vise à constituer un dispositif de maintien en position d’un capteur thermique et qui est adapté pour reproduire le comportement en chauffage d’une pièce donnée, afin de connaitre des caractéristiques de l’état de la pièce lors d’une chauffe simultanée de la pièce et du dispositif de maintien en position du capteur, sans avoir à interférer avec la pièce, ni à adjoindre de capteur au cœur de ladite pièce.The present invention aims to constitute a device for maintaining the position of a thermal sensor and which is adapted to reproduce the heating behavior of a given part, in order to know the characteristics of the state of the part during heating. simultaneous operation of the part and the device for maintaining the position of the sensor, without having to interfere with the part, nor to add a sensor to the heart of said part.
Les traitements thermiques permettent d’obtenir des performances très précises sur plusieurs paramètres clés rattachés à la définition de pièces mécaniques.Heat treatments make it possible to obtain very precise performances on several key parameters linked to the definition of mechanical parts.
Il est connu d’installer des instruments de mesure, de contrôle et de surveillances de ces paramètres dans les fours industriels, qui sont couplés à des règles de calcul et d’interprétation des mesures pour juger du respect des paramètres spécifiés permettant l’atteinte des objectifs notamment mécaniques.It is known to install instruments for measuring, controlling and monitoring these parameters in industrial ovens, which are coupled with rules for calculating and interpreting the measurements to judge compliance with the specified parameters allowing the achievement of the particularly mechanical objectives.
Parmi les nombreux paramètres spécifiés, se trouvent la «température de traitement » et le «temps de maintien », qui doivent être respectés en tout point des volumes des pièces à traiter, aussi bien à cœur qu’en surface.Among the many parameters specified, are the “treatment temperature” and the “holding time”, which must be respected at all points of the volumes of the parts to be treated, both at the core and on the surface.
Pour contrôler le respect de ces exigences, il est connu d’utiliser des instruments d’enregistrement tels que des thermocouples de charges basés sur l’effet Seebeck, placés sur des zones identifiées comme étant les plus froides ou les plus chaudes de la pièce de manière à borner l’ensemble de ses températures.To monitor compliance with these requirements, it is known to use recording instruments such as charge thermocouples based on the Seebeck effect, placed on areas identified as being the coldest or hottest in the room. so as to limit all of its temperatures.
Actuellement, quelles que soient les zones identifiées, les thermocouples ne sont placés qu’en surface de la pièce, dans des cavités pratiquées en surface, ou encore sur des masselottes cylindriques, du même matériau que la pièce, et posées à proximité de la pièce dans le four.Currently, whatever the areas identified, the thermocouples are only placed on the surface of the part, in cavities made on the surface, or on cylindrical weights, of the same material as the part, and placed close to the part in the oven.
En effet, dans les procédés de chauffage (par rayonnement et/ou par convection) qu’utilisent la plupart des fours industriels de traitement thermique, les zones chauffées le plus tardivement se trouvent dans les zones les moins exposées. Tel est également le cas au cœur même des plus grands volumes de matière de la pièce.Indeed, in the heating processes (by radiation and/or by convection) used by most industrial heat treatment furnaces, the zones heated the latest are found in the least exposed zones. This is also the case at the very heart of the largest volumes of material in the piece.
Pour obtenir une mesure de la température de ces zones, il faudrait donc en théorie insérer des thermocouples de charge dans les zones les moins soumises au traitement thermique, ce qui signifierait qu’il faudrait percer la pièce, changer son design et de fait altérer sa conformité géométrique.To obtain a measurement of the temperature of these zones, it would therefore be necessary in theory to insert charging thermocouples in the zones least subject to heat treatment, which would mean that it would be necessary to drill the part, change its design and in fact alter its quality. geometric conformity.
Ainsi, l’utilisation de cavités dans la pièce pour positionner les thermocouples dénature la pièce, est un procédé onéreux, et pose souvent un problème d’accessibilité au capteur lors de son placement dans la pièce ou de son retrait.Thus, the use of cavities in the part to position the thermocouples distorts the part, is an expensive process, and often poses a problem of accessibility to the sensor when placing it in the part or removing it.
Une technique consiste à utiliser des masselottes cylindriques mais ces dernières ne sont pas toujours géométriquement représentatives des zones d’intérêt. Elles n’offrent pas en tout temps la possibilité d’être positionnées de façon optimale pour l’objectif et ne garantissent pas une stabilité lors des traitements. Elles peuvent se déplacer en fonction de leurs dimensions et des déplacements de gaz ou de la pièce lors des traitements.One technique consists of using cylindrical weights but these are not always geometrically representative of the areas of interest. They do not always offer the possibility of being positioned optimally for the lens and do not guarantee stability during treatments. They can move depending on their dimensions and the movement of gas or the part during treatments.
L’alternative consistant à placer le thermocouple de charge à la surface de la zone ne permet pas de garantir que le contact avec cette surface soit constant durant toute la durée de traitement.The alternative of placing the charging thermocouple on the surface of the zone does not guarantee that contact with this surface is constant throughout the treatment period.
En somme, la température de traitement et le temps de maintien au cœur des zones bornant l’ensemble des points de matière des pièces traitées sont rarement bien déterminés car difficilement mesurables.In short, the treatment temperature and the holding time at the heart of the zones bordering all the material points of the treated parts are rarely well determined because they are difficult to measure.
L’invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients précités et de proposer un dispositif de maintien du capteur représentatif du traitement thermique d’une pièce dans un four de traitement thermique industriel, capable de cumuler les avantages de rapidité d’installation, de fiabilité de représentativité, et de répétabilité dans sa mise en œuvre.The invention aims to overcome at least some of the aforementioned drawbacks and to propose a device for holding the sensor representative of the heat treatment of a part in an industrial heat treatment oven, capable of combining the advantages of rapid installation, reliability of representativeness, and repeatability in its implementation.
Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un dispositif de maintien d’un capteur pour représenter le traitement thermique d’une pièce à traiter dans un four de traitement thermique industriel, comportant un socle, un volume de matière représentatif de ladite pièce à traiter en volume, en épaisseurs et en matière et adapté pour pouvoir englober un capteur de température à thermocouple, le socle étant adapté pour maintenir ledit volume de matière par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel, le dit dispositif étant adapté pour être placé/positionné de manière prédéterminée dans le four avec la pièce à traiter.In view of the above, the subject of the invention is a device for holding a sensor to represent the heat treatment of a part to be treated in an industrial heat treatment oven, comprising a base, a volume of material representative of said part to be treated in volume, thickness and material and adapted to be able to include a thermocouple temperature sensor, the base being adapted to maintain said volume of material relative to a horizontal surface in the industrial heat treatment oven, said device being adapted to be placed/positioned in a predetermined manner in the oven with the part to be treated.
Le dispositif de maintien du capteur est destiné à permettre la mesure de la température à l’intérieur d’une éprouvette témoin placée de manière concomitante avec la pièce à traiter dans le four.The sensor holding device is intended to allow the measurement of the temperature inside a control test tube placed concomitantly with the part to be treated in the oven.
De ce fait les paramètres (température, temps) de la pièce à traiter sont mesurés dans l’éprouvette témoin et servent de base à l’estimation de ces mêmes paramètres dans la pièce à traiter.As a result, the parameters (temperature, time) of the part to be treated are measured in the control specimen and serve as a basis for estimating these same parameters in the part to be treated.
L’intérêt est de ne pas modifier la géométrie de la pièce à traiter et surtout de pouvoir positionner de manière très précise le dispositif de maintien du capteur, donc l’éprouvette témoin, dans le four.The advantage is not to modify the geometry of the part to be treated and above all to be able to very precisely position the sensor holding device, and therefore the control specimen, in the oven.
De préférence, le volume de matière comporte une ouverture pour le passage dudit capteur de température à thermocouple, ce qui permet de le positionner et de le retirer plus facilement.Preferably, the volume of material includes an opening for the passage of said thermocouple temperature sensor, which allows it to be positioned and removed more easily.
Par exemple, le volume de matière est de forme de forme représentative de celle des pièces à traiter, par exemple de forme cylindrique, ce qui correspond à la représentation d’une dimension souhaitée de diamètre de la pièce.For example, the volume of material is of a shape representative of that of the parts to be treated, for example of a cylindrical shape, which corresponds to the representation of a desired dimension of diameter of the part.
Avantageusement, l’ouverture est positionnée sur une face supérieure du cylindre formé par le volume de matière, ce qui améliore son accessibilité.Advantageously, the opening is positioned on an upper face of the cylinder formed by the volume of material, which improves its accessibility.
Selon une forme de réalisation, le socle est amovible par rapport au volume de matière et le dispositif comporte des moyens de maintien du volume de matière sur le socle.According to one embodiment, the base is removable relative to the volume of material and the device includes means for maintaining the volume of material on the base.
Dans un mode de réalisation, les moyens de maintien sont adaptés pour permettre une orientation du volume de matière à trois cent soixante degrés sur le socle.In one embodiment, the holding means are adapted to allow orientation of the volume of material at three hundred and sixty degrees on the base.
Avantageusement, les moyens de maintien au socle comportent au moins trois bras en forme d’arcs de cercle entourant le volume de matière.Advantageously, the means for holding the base comprise at least three arms in the form of arcs of a circle surrounding the volume of material.
Le dispositif peut en outre être prévu pour que les bras en forme d’arcs de cercle comportent des ajours.The device can also be provided so that the arms in the shape of arcs of a circle have openings.
De préférence, le socle comporte un rebord en forme d’anneau et le volume de matière peut être inscrit dans une sphère (ou une partie de sphère) de diamètre supérieur à un diamètre central dudit anneau.Preferably, the base has a ring-shaped rim and the volume of material can be inscribed in a sphere (or part of a sphere) of diameter greater than a central diameter of said ring.
L'invention concerne également un dispositif dans lequel le socle comprend en outre un piètement périphérique adapté pour stabiliser le socle par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel lorsque le volume de matière est posé sur ledit socle.The invention also relates to a device in which the base further comprises a peripheral base adapted to stabilize the base relative to a horizontal surface in the industrial heat treatment oven when the volume of material is placed on said base.
L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée d’un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel :The invention will be better understood on detailed study of an embodiment taken as a non-limiting example and illustrated by the appended drawing, in which:
La
Le dispositif de maintien du capteur 1 comporte un socle 2 et un volume de matière 3 représentatif de ladite pièce dont on cherche à représenter l’évolution thermique lors de son traitement thermique.The sensor holding device 1 comprises a base 2 and a volume of material 3 representative of said part whose thermal evolution we seek to represent during its heat treatment.
Le socle a une forme annulaire, à section carrée ou ronde, permettant de supporter le volume de matière 3 en position centrale du dispositif 1.The base has an annular shape, with a square or round section, making it possible to support the volume of material 3 in the central position of the device 1.
Le volume de matière 3 est une masse centrale de matière sur le dispositif 1, représentative de ladite pièce en termes de volume, d’épaisseurs et de matière.The volume of material 3 is a central mass of material on the device 1, representative of said part in terms of volume, thicknesses and material.
Le volume 3 occupe par exemple un volume de deux à quarante millimètres.Volume 3, for example, occupies a volume of two to forty millimeters.
Il peut être réalisé par un procédé de fabrication additive, ce qui permet de lui conférer des formes et creux internes caractéristiques de la pièce, de manière à reproduire ses propriétés intrinsèques de conductivité thermique.It can be produced using an additive manufacturing process, which allows it to be given internal shapes and hollows characteristic of the part, so as to reproduce its intrinsic thermal conductivity properties.
Le volume 3 est par exemple une masse métallique de la même densité que la pièce à modéliser en température.Volume 3 is for example a metallic mass of the same density as the part to be modeled in temperature.
Le matériau peut alternativement être réalisé par exemple en plastique ou en céramique (titane, inconel®, alliage de nickel…)The material can alternatively be made for example of plastic or ceramic (titanium, inconel®, nickel alloy, etc.)
Ainsi, le volume 3 comporte sensiblement les mêmes évolutions thermiques que la pièce à traiter lors d’un même traitement thermique.Thus, volume 3 has substantially the same thermal evolutions as the part to be treated during the same heat treatment.
Le volume 3 est adapté pour pouvoir recevoir et loger un capteur de température à thermocouple.Volume 3 is adapted to be able to receive and house a thermocouple temperature sensor.
Ainsi, le dispositif de maintien du capteur 1 permet le suivi de l’évolution thermique de la pièce à traiter, notamment en son cœur, sans avoir à interférer avec celle-ci.Thus, the device holding the sensor 1 allows the monitoring of the thermal evolution of the part to be treated, particularly at its heart, without having to interfere with it.
Le socle 2 est adapté pour maintenir le volume de matière 3 par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel.The base 2 is adapted to maintain the volume of material 3 relative to a horizontal surface in the industrial heat treatment oven.
Ainsi, le socle 2 permet un positionnement prédéterminé rapide et simple du dispositif de maintien du capteur 1 dans le four.Thus, the base 2 allows rapid and simple predetermined positioning of the device for holding the sensor 1 in the oven.
Le socle 2 est réalisé dans un matériau qui résiste à la température du four et qui est réutilisable.The base 2 is made of a material which is resistant to the temperature of the oven and which is reusable.
De préférence, le volume de matière 3 comporte une ouverture 4 pour le passage dudit capteur de température à thermocouple, ce qui permet de le positionner et de le retirer plus facilement, par exemple pour sa maintenance, son remplacement.Preferably, the volume of material 3 includes an opening 4 for the passage of said thermocouple temperature sensor, which allows it to be positioned and removed more easily, for example for maintenance or replacement.
L’ouverture 4 doit comporter un creux suffisamment grand pour y insérer le thermocouple à une profondeur suffisamment importante pour s’affranchir des effets de bords liés à la surface supérieure du volume 3.The opening 4 must have a recess large enough to insert the thermocouple at a sufficiently deep depth to overcome the edge effects linked to the upper surface of volume 3.
Le capteur de température est par exemple un thermocouple de charges basés sur l’effet Seebeck, qui a l’avantage d’être un capteur peu onéreux et particulièrement compact.The temperature sensor is for example a charge thermocouple based on the Seebeck effect, which has the advantage of being an inexpensive and particularly compact sensor.
Le capteur est inséré pour avoir la température au cœur du volume 3 de manière à être représentative de la pièce à traiter sans avoir à percer la pièce elle-même ou à utiliser un perçage existant, qui est une solution imprécise et donc de représentativité non optimale.The sensor is inserted to have the temperature at the heart of volume 3 so as to be representative of the part to be treated without having to drill the part itself or use an existing drilling, which is an imprecise solution and therefore not optimally representative. .
Les capteurs de température sont placés préférentiellement dans des zones identifiées comme étant les plus froides ou les plus chaudes du dispositif 1 de manière à borner l’ensemble de ses températures.The temperature sensors are preferentially placed in areas identified as being the coldest or hottest of the device 1 so as to limit all of its temperatures.
Le volume de matière 3 est par exemple de forme cylindrique, ce qui permet de s’assurer de représenter une dimension souhaitée de diamètre de la pièce, tout en offrant une profondeur d’insertion suffisante pour le capteur qui impose une hauteur relativement haute du volume 3.The volume of material 3 is for example cylindrical in shape, which ensures that it represents a desired diameter dimension of the part, while offering a sufficient insertion depth for the sensor which imposes a relatively high height of the volume. 3.
Avantageusement, l’ouverture 4 est positionnée sur une face supérieure du cylindre formée par le volume de matière 3, ce qui améliore son accessibilité, notamment par le dessus lorsque la pièce est positionnée dans le four.Advantageously, the opening 4 is positioned on an upper face of the cylinder formed by the volume of material 3, which improves its accessibility, in particular from above when the part is positioned in the oven.
Il est en effet préférable d’insérer le capteur au dernier moment, et les solutions existantes ne permettent pas un accès facile pour le thermocouple.It is in fact preferable to insert the sensor at the last moment, and existing solutions do not allow easy access for the thermocouple.
Selon une forme de réalisation, le socle 2 est amovible par rapport au volume de matière 3 et le dispositif 1 comporte des moyens de maintien 5 du volume de matière 3 sur le socle 2.According to one embodiment, the base 2 is removable relative to the volume of material 3 and the device 1 comprises means 5 for maintaining the volume of material 3 on the base 2.
En effet, la hauteur du volume 3 peut entrainer un défaut de stabilité du dispositif 1 qui doit rester précisément orienté dans le four pour la bonne représentativité thermique de la pièce à traiter.Indeed, the height of volume 3 can lead to a lack of stability of the device 1 which must remain precisely oriented in the oven for good thermal representation of the part to be treated.
Les moyens de maintien au socle adaptés directement sur le volume 3 permettent d’éviter les solutions d’accommodement, par exemple à fils de fer, pour orienter le volume 3 dans des positions particulières par rapport à une surface horizontale dans le four.The means of holding the base adapted directly to the volume 3 make it possible to avoid accommodation solutions, for example with wires, to orient the volume 3 in particular positions in relation to a horizontal surface in the oven.
Dans un mode de réalisation, les moyens de maintien 5 sont adaptés pour permettre une orientation du volume de matière 3 à trois cent soixante degrés sur le socle 2.In one embodiment, the holding means 5 are adapted to allow orientation of the volume of material 3 at three hundred and sixty degrees on the base 2.
Cela permet d’orienter le volume 3 de manière la plus représentative de la pièce dans le four lors de son traitement thermique.This makes it possible to orient volume 3 in the most representative manner of the part in the oven during its heat treatment.
De plus, l’inclinaison facilite l’accès à l’ouverture 4 donc l’ergonomie du dispositif 1.In addition, the inclination facilitates access to the opening 4 and therefore the ergonomics of the device 1.
Comme illustré à la
De préférence le dispositif comporte au moins trois bras.Preferably the device has at least three arms.
Les moyens de maintien 5 sont par exemple liés au volume 3 par une portion inférieure, réalisée de manière à être la plus représentative possible d’une forme de la pièce ou la plus fine possible pour minimiser les interactions thermiques avec le volume 3 dans le four.The holding means 5 are for example linked to the volume 3 by a lower portion, made so as to be as representative as possible of a shape of the part or as thin as possible to minimize thermal interactions with the volume 3 in the oven .
Le nombre de branches est de préférence limité, de manière à limiter l’impact desdites branches sur les mesures thermiques, compte-tenu de l’exposition au chauffage du volume 3.The number of branches is preferably limited, so as to limit the impact of said branches on the thermal measurements, taking into account the exposure to heating of volume 3.
Les formes d’arcs de cercle permettent une stabilisation selon de nombreuses positions angulaires offertes par lesdits arcs de cercle par rapport au socle 3.The shapes of circular arcs allow stabilization according to numerous angular positions offered by said circular arcs in relation to the base 3.
Le dispositif 1 peut être muni, en outre, de bras en forme d’arcs de cercle comportant des ajours 7.The device 1 can also be provided with arms in the form of arcs of a circle comprising openings 7.
Les ajours 7 permettent à la fois de diminuer le coût et le poids du dispositif 1 par enlèvement de matière, d’améliorer la chauffe de la zone active du volume 3, d’adapter la représentativité des flux de gaz dans le four à l’égard du volume 3, et de faciliter le retrait du capteur à thermocouple.The openings 7 make it possible both to reduce the cost and the weight of the device 1 by removing material, to improve the heating of the active zone of the volume 3, to adapt the representativeness of the gas flows in the oven to the with regard to volume 3, and to facilitate the removal of the thermocouple sensor.
De préférence, le socle 2 comporte un rebord 8 en forme d’anneau 10 et le volume de matière 3 peut être inscrit dans une sphère de diamètre supérieur à un diamètre central dudit anneau 10.Preferably, the base 2 includes a rim 8 in the shape of a ring 10 and the volume of material 3 can be inscribed in a sphere with a diameter greater than a central diameter of said ring 10.
Le socle 2 peut comprendre un crantage (non représenté) pour choisir ou orienter et maintenir un angle ou une position particulière prédéterminée du volume 3The base 2 may include a notch (not shown) to choose or orient and maintain an angle or a particular predetermined position of the volume 3
Le socle 2 peut comprendre en outre un piètement périphérique 9 adapté pour stabiliser le socle 2 par rapport à une surface horizontale dans le four de traitement thermique industriel lorsque le volume de matière 3 est posé sur ledit socle 2.The base 2 may further comprise a peripheral base 9 adapted to stabilize the base 2 relative to a horizontal surface in the industrial heat treatment oven when the volume of material 3 is placed on said base 2.
Le volume 3 est ainsi maintenu stabilisé le long d’une ligne de contact avec le socle 2, ce qui permet de le positionner facilement et de manière stable.Volume 3 is thus kept stabilized along a line of contact with base 2, which allows it to be positioned easily and stably.
On réalise ainsi un dispositif 1 dans lequel le volume 3 peut être maintenu de manière stable tout le long d’un traitement thermique, simple d’utilisation, avec un encombrement minimal, et qui est à la fois robuste et réutilisable.A device 1 is thus produced in which the volume 3 can be maintained stably throughout a heat treatment, easy to use, with minimal bulk, and which is both robust and reusable.
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| DE102020209801A1 (en) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Process for controlling the temperature of a substrate or a component, in particular a surface of the substrate or component to be coated |
-
2022
- 2022-07-28 FR FR2207804A patent/FR3138518A1/en active Pending
Patent Citations (3)
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